声音的三个特性及各自影响因素（声音的奥妙全在这里）

声音是人类最早研究的物理现象之一，是经典物理学的一个分支学科。在19世纪以前，人们都局限于研究可听见声，且最早的声研究是乐音方面。 科学家对声进行系统地研究是从17世纪初伽利略研究单摆周期和物体振动开始的。

研究媒质中机械波（即声波）特性的科学叫声学，研究范围包括声波的产生、传播、接受、转换和声波的各种效应。

示波器显示的声波图像

机械波就是声波，是指质点运动变化（包括位移、速度、加速度）的传播现象。

声音的产生和传播特性，这是研究声音的基础。声音是由物体振动而产生的波，是通过介质传播并能被人或动物听觉器官所感知的波动现象。最初发出振动的物体叫声源。声波传播的是介质振动，藴含有能量。

声音的传播需要介质，它可在气体、液体和固体中传播，但真空不能传声。声音在不同介质中传播速度是不同的，一般说来，在固体中传播速度最快，液体次之，在气体中传播最慢。并且，在气体中传播的速度还与气体的温度、压强、密度有关。

在15℃的空气中，声速V=340m/s，每增加1℃，声速增加0.6m/s。在25℃的水中，V=1500m/s。在固体钢铁中，V=5200m/s。所以，声音在密度大的物体中传播速度较快。敲击一次有水的较长的自来水管，在另一端可以听到三次声音。声音在气体和液体中只有纵波。在固体中除了纵波以外，还可能有横波，有时同时具有纵横波。

声音在传播的过程中遇到障碍物，一部分被反射回来，从而听到回声。如雷雨时，雷声滚滚。声音在传播过程中遇到松软多空的障碍物，就会被吸收。如下雪后非常安静，雪崩的发生。

人耳听到回声的二次时间间隔要大于0.1秒，否则，人耳不能区分回声与原声，这是人类生理条件决定的。据此计算，原声与回声之间的距离要大于17米以上。

声速的测量。1635年就有人用远地枪声来测量声速，这是假设光传播短距离不需要时间的。1738年巴黎科学院用炮声测量声速为332m/s，误差为1.5‰。

牛顿在《自然哲学的数学原理》中推理得到：声速等于大气压与密度之比的二次方根。L.欧拉在1759年根据牛顿的推理，求得结果是288m/s，与实验值相差很大。到1816年，P.S.M.拉普拉斯指出，声波在传播中只有空气温度不变时牛顿的推导才是正确，因此，声速的二次方应是大气压乘以比热容比（定压比热容与定容比热容的比）γ 与密度之比。这样，声速的理论值与实验值就完全一致了。

声音的响度特性。在物理学中把人耳能感觉到声音的强弱称为响度。声音的响度大小一般与声源振动的幅度有关，振动幅度越大，响度越大。

测量声强级或曰声压级的仪器叫分贝仪，其单位是分贝(dB)，即分贝（dB）的大小可以表示声音的强弱。0dB的规定：人耳听见最微弱的声音。30 dB---40 dB：安静环境。70 dB以上：噪声环境。90 dB以上：听力受伤。声音等级的划分：听觉下限为0dB；为保护听力应控制声音不超过90dB；为保证工作学习，应控制声音不超过70dB。为保证休息和睡眠应控制声音不超过50dB 。

媒质（介质）的声特性阻抗，Zc=ρс。声压增加10倍，声强则增加100倍，分贝数增加20。所以，声压为其基准值的100倍时，声压级是40dB。在空气中，ρс=400。

声音的音调特性。物理学中把声音的高低称为音调。音调高低一般与声源振动快慢有关，振动频率越大，音调就越高。

声音的频率在20 Hz~20 kHz之间才可以被人耳所识别的。正常人的耳朵只能听到20Hz到20000Hz的声音。高于20000Hz的超声波，低于20Hz的次声波，人耳都听不到。

声音的音色特性。音色又叫音品，即声音的品质和特色。它是区分不同物体发声一个特性，与发声体的材料、结构、发声方式等因素有关。只有音色不同，我们才能分辨不同物体发出的声音，如不同乐器演奏同一首音乐，音色不同。G.S.欧姆于1843年提出：人耳可把复杂的声音分解为谐波分量，并按分量大小判断音品。

现代物理学主要研究声子的运动，即声子与物质相互作用及一些准粒子和电子等微观粒子的运动特性，因此，声学既有经典性质，又有量子性质。

声音的利用。利用声速和声衰减特性可以测量并研究物质的特性，已得到广泛的应用，尤其是固体结构和晶体缺陷等方面的研究。表面波、声全息、声成像、非线性声学、超声显微镜、次声等研究领域都有了很大的发展。

声表面波的速度只有电磁波的十万分之几，相同频率下的波长短得多，所以，表面波器件的特点是小，在信号存储上和信号滤波上都优于电学元件，对电路的小型化有作用。

声全息和声成像是声科学在无损检测方面的重要应用。将声信号变成电信号，电信号经过电子计算机的存储和处理，用声全息或声成像来充分反应被检测对象的有关情况，大大优于一般的超声检测方法。

声波在固体和液体中的非线性特性可通过媒质中声速的微小变化来反映，用来研究声与声的相互作用，用于高分辨率的声呐。

大气对次声波的吸收很小，火山爆发、地震、风暴、台风等自然现象都是次声源。研究次声可以更深入地了解上述这些自然现象。次声在国防研究上也有重要应用，可以用来侦察和辨认大型爆破（如：氢弹试验）、火箭发射等。

声波在低温液氦中传播，可以研究液氦的物理学特性尤其是量子性质。

声波可以透过电磁波等所不能透过的物质。因此，大气、地球内部、海洋等宏大物体、人体组织、晶体点阵等微小部分都是声学研究的对象。近年来，在地震观测中，测定了地球的振动，找出了地球内部运动的准确模型。在月球上放置地声接收器对月球内部进行监测同样令人满意。监测地球内部的运动，最终会实现对地震的准确预报，从而避免大量伤亡和经济损失。

在医疗上。除了助听、助语设备外，低强度超声波可加速伤口愈合，同时施用超声波和X射线使癌症的辐射治疗更加有效，另外，超声波辐射可治愈脑血栓等。不过，超声波在医疗上应用还未形成常规治疗手段，那是因为超声波的使用剂量还未完全掌握。

黑白超声检查

超声波已经被广泛的应用于检查人体内器官。超声波可透过人体并对体内任何阻抗产生灵敏反应（折射、反射、吸收），可以透视颅内、心脏或腹腔内的某些器官，效果是X射线所不能比的，且不存在辐射病。

当代，重大环境问题之一的就是噪声污染，社会对环境污染的投诉，有一半是噪声污染问题。因此，近年来对声源发声机理的研究受到关注，也取得了不少成绩。根据噪声发生机理可寻找到控制噪声的有效方法。如禁止鸣笛，改进消音器、制造振动小的静音空调等。